随着我国城镇化的进一步推广,隧道工程与地面建筑出现越来越多的立体交叉。桩基-岩层-隧道相互作用非常复杂,目前对桩基-岩层-隧道建立整体模型的理论研究尚不多见。如何保证隧道工程和地面建筑交叉地段(下简称“交叉地段”)结构、基础及隧道的稳定、安全成为当前工程难题。基于此,论文对“交叉地段”考虑上部建筑及基础载荷条件下隧道围岩及衬砌的稳定性进行研究。通过有限元荷载增量法,结合工程实例,以岩石强度准则和超载安全系数为基础,对“交叉地段”桩基荷载作用下隧道围岩及衬砌稳定性变化规律进行了分析。研究过程中,主要得出了以下成果:(1)通过建模计算,结果表明有限元计算结果与工程实测数据较为吻合,说明了有限元模型的合理性;围岩变形最大值均小于适用于本工程的变形控制标准,表明了K4+869及K4+889截面均满足稳定性要求,与实际情况一致。(2)论文尝试运用有限元荷载增量法研究桩基-岩层-隧道整体模型的围岩稳定性问题,通过对比分析不同桩隧条件下桩基极限荷载,定量确定了桩隧相互作用效应的临界线;提出了桩隧临界线外,应视为两者分别与岩层作用的独立模型;临界线内,适用桩基-岩层-隧道整体模型进行分析;通过分析桩位在临界线内外围岩变形,受力及塑性变形的影响,说明了桩隧临界线的合理性;提出了通过有限元增量法计算超载安全系数定量评价围岩稳定性的方法。(3)通过围岩安全系数计算,分析得出了桩基荷载、施工进尺增大时,围岩稳定性先急后缓地降低;随着桩隧垂直距和围岩等级的增大或增强,围岩稳定性逐渐增大,对桩基位于隧道直墙上方时最敏感;随着桩隧水平距的增大,围岩稳定性先减小后增大。确定了桩隧临界线内的最不利桩位,为S=3m,H=5m。研究表明以围岩安全系数为2时对应的桩基荷载为控制荷载,实现桩基-岩层-隧道整体模型中围岩稳定性的事前控制。(4)在《公路隧道设计规范JTG D70-2004》中规定的衬砌安全系数计算公式基础上,推导了适用于衬砌计算结果为应力时的安全系数计算公式及判据。通过衬砌安全系数计算,分析了不同桩基增载作用、不同桩隧垂直距和不同桩隧水平距对衬砌稳定性的影响规律,并以安全系数控制值所对应各桩位不同的桩基增载值为临界荷载,结合保证围岩稳定性的控制荷载,取其较小值供设计参考。